Ультразвуковое растворение твёрдых веществ в жидкостях

Приготовление растворов – важный этап как при подготовке лабораторных образцов, так и в промышленном производстве. Как правило, перед анализом лабораторные образцы необходимо перевести в жидкую форму. Ультразвуковая гомогенизация и растворение – быстрый и надёжный способ подготовки образцов любого объёма. В промышленном производстве приготовление однородных растворов с хорошо растворёнными компонентами часто является решающим фактором, обеспечивающим стабильные характеристики продукта и постоянное качество. Ультразвуковые устройства для растворения доступны как в виде компактных лабораторных приборов, так и в виде полноценных промышленных установок для коммерческого производства.

Ультразвуковые устройства для растворения: использование и области применения

Ультразвук – хорошо известный и надёжный инструмент для подготовки образцов в лаборатории. Типичные области применения включают гомогенизацию, эмульгирование, диспергирование, экстракцию, дегазацию и сонохимическую обработку.
Для измерений с помощью аналитических приборов (например, ВЭЖХ, атомного спектрометра и т. д.) большинство образцов обычно необходимо перевести в жидкую форму. Это означает, что образец должен либо находиться в однородном состоянии раствора, либо быть преобразован в коллоид, суспензию, дисперсию или эмульсию, если смесь имеет неоднородную природу. Мощная обработка ультразвуком – очень эффективный инструмент для приготовления как однородных, так и неоднородных смесей.
Если вас интересует приготовление неоднородных суспензий, перейдите по ссылкам: ультразвуковое эмульгирование и ультразвуковое диспергирование!
Чтобы узнать о получении однородных смесей путём ультразвукового растворения, продолжайте читать ниже!

Ультразвуковая кавитация для растворения

Если образец растворим, растворяемое вещество (например, сукралоза, соли, в том числе в форме порошка или таблеток) можно растворить в растворителе (например, в воде, водных растворителях, органических растворителях и т. д.), получив однородную смесь, состоящую только из одной фазы. Растворение можно проводить посредством ручного или механического перемешивания, что требует много времени и является неэффективным. Сопутствующие проблемы включают потери образца при манипуляциях или недостаточную воспроизводимость вследствие случайных ошибок и неравномерного перемешивания.
Обработку ультразвуком часто используют для эффективного и быстрого растворения образцов. Растворение с помощью ультразвука основано на механическом перемешивании за счёт кавитационных эффектов, вызванных введением ультразвуковых волн в жидкости. Введение ультразвуковой энергии облегчает и ускоряет предварительную обработку образца, например растворение и выщелачивание перед анализом.
Приготовление раствора с помощью ультразвука позволяет растворять вещества в высоких концентрациях и эффективно и быстро получать концентрированный или насыщенный (а также пересыщенный) раствор.
При введении ультразвука высокой мощности и низкой частоты в жидкую среду возникающая акустическая кавитация создаёт уникальные условия. Обработка ультразвуком улучшила предварительную обработку образцов в системах «жидкость–жидкость» и «твёрдое вещество–жидкость» (например, разложение, солюбилизацию и экстракцию), которую обычно проводят перед аналитическим обнаружением и измерением.

 
Скорость растворения количественно характеризует быстроту процесса растворения. На скорость растворения влияют различные факторы:

• материал: растворитель и растворяемое вещество
• температура + давление
• степень насыщения (или недонасыщения)
• эффективность и воздействие растворения и перемешивания
• площадь межфазной поверхности
• наличие ингибиторов (например, веществ, осевших на частицах или блокирующих границу раздела фаз)

 
Для ускорения процесса сольватации и повышения скорости растворения необходимы мощные гомогенизаторы, обеспечивающие достаточное механическое воздействие. Способность ультразвуковых гомогенизаторов обеспечивать кавитационное растворение и перемешивание хорошо известна, поэтому они являются распространённым и надёжным инструментом для подготовки образцов в лабораториях.

Микроскопические изображения суспензии мелоксикама:
Слева: необработанная суспензия мелоксикама; справа: наносуспензия мелоксикама, полученная обработкой ультразвуком с помощью UP100H в течение 45 минут при амплитуде 100% и настройке цикла 1.
(исследование и изображение: ©Iurian et al., 2015)

Ультразвуковое растворение лабораторных образцов

Растворение с помощью ультразвука для подготовки образцов применяется в лабораториях перед аналитическими измерениями.
Список аналитических приборов, для которых (часто) требуются образцы в жидкой форме:

• HPLC – высокоэффективная жидкостная хроматография
• FTIR – инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье
• GC – газовая хроматография
• Атомная спектроскопия
• ATR – нарушенное полное внутреннее отражение
• Определение размера частиц методом лазерной дифракции
• Динамическое рассеяние света

С устройством для ультразвуковой подготовки образцов SonoStep обработку образцов перед анализом можно проводить полностью в потоке: устройство для ультразвуковой подготовки образцов оснащено встроенными мешалкой и насосом, благодаря чему образцы равномерно и непрерывно проходят через замкнутую систему. Тем самым гарантируется равномерная и надёжная обработка ультразвуком без риска перекрёстного загрязнения, искажения образцов или их потери.
Узнайте больше о многофункциональном устройстве для ультразвуковой подготовки образцов SonoStep!

Ультразвуковое растворение в промышленном производстве

В промышленные производственные линии интегрируют ультразвук высокой мощности для растворения и гомогенизации смесей твёрдых веществ и жидкостей с целью получения однородного и стабильного продукта.
Ниже приведены примеры для различных отраслей промышленности:

• Фармацевтическая промышленность: растворение компонентов лекарственных препаратов, например солей и полимеров
• Пищевая промышленность и производство напитков: растворение ингредиентов, например сахара, соли, сиропа и приправ
• Краски и покрытия: растворение полимеров
• Химия: приготовление пересыщенного раствора перед реакциями осаждения

Ультразвуковые процессоры для растворения в любом масштабе

Hielscher Ultrasonics предлагает идеальное решение для ваших задач растворения и смачивания. Нужно ли вам подготовить аналитические образцы в лаборатории или производить большие объёмы растворов либо рассолов в непрерывном проточном режиме – у Hielscher Ultrasonics есть идеальное ультразвуковое устройство для растворения, подходящее для вашего процесса!
Благодаря наличию ультразвуковых аппаратов любой мощности как для периодической, так и для поточной обработки мы порекомендуем вам наиболее подходящий ультразвуковой аппарат для ваших технологических целей!
Приведённая ниже таблица даёт представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых аппаратов: